PDF《Film Solar Cells》

7 千瓦时.年日照时数大于2000 小时 [3] .与同纬度 的其他国家相比,与美国相近,比欧洲、日本优越 得多,因而有巨大的开发潜能.近20年来,中国光 伏产业长期维持在全球市场1%左右的份额.到了 2003年和2004 年中国太阳电池组件的生产量才有 了较大幅度增长,2003 年达1.2 万千瓦,约占世界 份额的2.2% ,2004年达3.5 万千瓦,约占3%.近 几年来,我国光伏太阳电池生产已经跃居世界第 一,年产达到和超过1000MW的水准 [4] ,但是,种 类不够丰富,主要还是以晶体硅为主,近年产品的 销路以出口为主.在太阳电池的生产中,有些大型 生产公司从拉单晶,切片到生产电池,进行封闭式 的自给自足的生产模式,一方面生产太阳电池,一 方面产生新的能耗和环境问题.本文不讨论硅电池 问题, 集中分析讨论CdS/CdTe电池产业化中的基本 问题. 2.1 CdTe太阳电池制备技术 CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体,带隙1.46eV, 与太阳光谱匹配好,最适合于光电能量转换,是一 种良好的光伏材料,具有较高的理论效率(28%) [5] , 性能稳定, 是技术上发展较快的一种薄膜电池. 碲化镉容易沉积成大面积的薄膜,沉积速率也高. CdTe薄膜太阳电池通常以CdS/CdTe 异质结为基 础.尽管CdS和CdTe晶格常数相差10%,但它们组 成的异质结电学性能优良,制成的太阳电池的填充 因子可达 FF = 0.75.电池的实验室效率不断攀升, 最近突16% [6] .20世纪90年代初,日本和美国已有 小规模的CdTe电池生产,但市场发展缓慢,市场份 额一直徘徊在1%左右.商业化电池效率平均为 8%-10% [7] . CdS/CdTe电池的制备技术主要包括有:(1) 近空间升华法(CSS),(2)电镀,(3)丝网印 刷,(4)化学气相沉积(CVD),(5)物理气相 沉积(PVD),(6)金属有机物化学气相沉积 (MOCVD),(7)分子束外延(MBE),(8) 喷涂,(9)溅射,(10)真空蒸发,(11)电沉 积等.其中真空蒸发法、溅射法等的生产成本高, 不适于规模化生产.而近空间升华法、丝网印刷法 研究的比较多. 近空间升华法(CSS)沉积采用高纯CdTe薄 片或粉料作源,两石墨块的间距约1~30 mm,衬底 温度550~650℃,源温度比衬底高80~100℃,反 应室充N2, 真空度为7.5*102 ~7.5*103 Pa. 沉积速率 主要决定于源温度和反应室气压,一般沉积速率为 1.6~160 nm/s,最高可达750 nm/s.微结构决定于 衬底温度、源与衬底的温度梯度、衬底晶化状况. 晶粒大小为(2~5)*103 nm,一般随衬底温度、膜厚 的增加而增加 [8,9] . 丝网印刷法(PS) [10] 是透过丝网在衬底上涂 敷CdS、CdCl2助熔剂、丙二醇阻碍剂混合而成的烧 结膏后,在700℃下氮气氛中烧结以形成CdS层. CdS膜再通过再晶化方式生长.膜厚为(2~ 3)*10

4 nm,晶粒尺寸为(2~3)*10

4 nm,电阻率为 0.2~0.5?・cm.涂敷等摩尔比的Cd、Te混合物(或CdTe)、CdCl2助熔剂、丙二醇阻碍剂组成的混合物 [11] ,在590~620℃下烧结.Cd、Te反应(或CdTe 的再晶化)形成CdTe薄膜.升高烧结温度,并使用 CdCl2助熔剂可促进S、Te的跨界面互扩散,在CdS/CdTe界面形成CdTe1-ySy、CdS1-yTey.降低 窗口层的短波辐射透过率,扩展光谱响应的长波截 止波长至850 nm以上. 2.2 CdTe薄膜太阳电池发展状况与趋势 CdTe薄膜太阳电池是薄膜太阳电池中发展较 快的一种光伏器件.美国南佛罗里达大学于1993年 用升华法在1cm2 面积上做出效率为15.8 %的太阳 电池 [12] ,1998 年第二届世界光伏太阳能转换会议 上日本Matsushita Battery报道了CdTe基电池以 CdTe 作吸收层, CdS 作窗口层的n-CdS/P-CdTe 半 导体异质结电池,其典型结构为MgF2/玻璃 /SnO2∶F/n-CdS/P-dTe/ 背电极, 小面积电池最高转 换效率16%,成为当时CdTe薄膜太阳能电池的最高 纪录. 近年来, 太阳电池的研究方向是高转换效率、 低成本和高稳定性. 因此,以CdTe为代表的薄膜太 阳电池倍受关注,Siemens报道了面积为3600cm2 电 池转换效率达到11.1%的水平,美国国家可再生能 源实验室提供了Solar Cells lnc.的面积为 6879cm2 的CdTe薄膜太阳电池的测试结果,转换效率达到 7.7%;